MODELOS DE DADOS - Parte 1 introdução

UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA
Centro de Engenharia Elétrica e Informática
Pós-Graduação em Ciência da Computação
BANCOS DE DADOS
Parte 1 - Introdução
Ulrich Schiel

PÁGINA DA DISCIPLINA
http://www.dsc.ufcg.edu.br/~ulrich/disciplinas/MoDa.html

CONTEÚDO
PARTE I - INTRODUÇÃO
1.1. Histórico, Gerações de Bancos de Dados
1.2. Sistemas

PARTE II - SISTEMAS DE
INFORMAÇÃO
2.1. Arquitetura de um SIC
Propostas ANSI/X3/SPARC e UML e FRISCO
Tipos de Sistemas de Informação
2.2. Propriedades estruturais
Entidades, atributos e relacionamentos, Abstrações, Herança,
Dados temporais e dados espaciais
Dados explícitos e implícitos
Dados semi-estruturados
Dados imprecisos
2.3. Integridade e Consistência
Integridade implícita e explícita; OCL
2.4. Dinâmica e Comportamento
Comportamento local (diagramas e estados)
Comportamento global (diagramas de atividades, redes de Petri)

PARTE III - MODELOS DE DADOS
3.1. Modelos de elos explícitos
3.2. Modelo de elos implícitos - modelo relacional
Estrutura, Operações sobre relações, Integridade e Normalização
3.3. Modelos relacionais estendidos
3.4. Modelos semânticos e orientados a objetos
3.5. Modelos de dados avançados
semi-estruturados, espaciais, temporais, móveis, implícitos
3.6. Transformação entre modelos

CAPITULO IV - SISTEMAS DE
GERÊNCIA DE
BANCOS DE DADOS
4.1. Sistemas pré-relacionais
(IMS, DMS, ADABAS)
4.2. Sistemas relacionais
(SQL/DS, DB2, Oracle, Ingres, Informix
MySQL)
4.3. Sistemas pós-relacionais
• Sistemas orientados a objetos (Gemstone, O2, Yasmine)
• Sistemas Objeto/Relacionais (Oracle, Informix, Postgres)
• Serviços de Mapeamento Objeto/Relacional (TOP)
• Servidores especializados
• Software de componentes

BIBLIOGRAFIA
TEXTO BASE
U. Schiel “Elementos de Sistemas de Informação e
Bancos de Dados”, monografia, UFPB/DSC, 2010
em http://www.dsc.ufcg.edu.br/~ulrich/disciplinas/El_SinBad.html
SISTEMAS
L. Skyttner “General Systems Theory: Perspectives, Problems,
Practice”, World Scientific Publishing Company; 2nd edition
2006
L. v. Bertalanffy “Teoria Geral de Sistemas” Editora Vozes, 1975
F. Capra “A Teia da Vida”, Cultrix, 2001
F. Capra “As conexões ocultas – Ciência para uma vida
sustentável”, Cultrix, 2002

BIBLIOGRAFIA
SISTEMAS DE INFORMAÇÃO E MODELAGEM
•T. Burns, "Reference Model for DBMS Standardization",
ACM SIGMOD RECORD, Vol. 15 No. 1 (1986) 19-58
•J.J. van Griethuysen (ed.) “Concepts and Terminology for the
Conceptual Schema and Information Base”, ISO
TC97/SC3/WG3 Report, revised edition, 1987
•Unified Modeling Language (UML) Specification: Infrastructure
version 2.4.2011 em http://www.omg.org/spec/UML/2.4.1/
• S. Ceri, P. Fraternali, A. Bongio, M. Brambilla, S. Comai, M. Matera
Designing Data-Intensive Web Applications
Morgan Kaufmann, 2001

BIBLIOGRAFIA
SISTEMAS DE INFORMAÇÃO E MODELAGEM
R. Catell et. al. The Object Data Standard: ODMG3.0, Academic
Press, 2000 (ODMG, ODL, OQL)
H. Garcia-Molina, J. Ullman, J. Widom Database Systems – The
complete book, Prentice Hall, 2001 (SQL-92, SQL3, ODL/OQL)
C. Date An Introduction to Database Systems (8th. Ed),
Addison Wesley, 2004 (BDTemporais, XML)
R. Hirschheim, H. Klein, K. Lyytinen Information Systems Development
and Data Modeling-Conceptual and Philosophical Foundations,
Cambridge University Press, 1995
M. Koubarakis et al. Spatio-Temporal Databases – The
CHOROCHRONOS Approach, Springer LNCS 2520, 2003
M. Page-Jones Fundamentos do Desenho Orientado a Objeto com
UML, Makron Books, 2001
V. Setzer e F.S. C. da Silva “Bancos de Dados”, Edgard Blücher, 2005
(Modelo E-R, Modelo NF2)

BIBLIOGRAFIA
SISTEMAS DE GERÊNCIA DA BANCOS DE DADOS - SGBDs
R. Brown Object-Relational Database Development,
Prentice-Hall, 2001 (Informix)
C. Date & H. Darwen Foundations of Object/Relational
Databases, Addison Wesley, 1998
François Bancilhon, Claude Delobel, Paris C. Kanellakis (Eds.):
Building an Object-Oriented Database System,
The Story of O2. Morgan Kaufmann 1992,
C.M.Saracco Universal Database Management
Morgan Kaufmann, 1998 (DB2)
M. Stonebraker Object-Relational DBMS,
Morgan Kaufmann, 1996

PROJETOS
TEMAS
•Sistemas de Informação Incompleta
• Bancos de Dados Ativos
• Bancos de Dados Textuais
– Daniel
•Bancos de Dados Não convencionais
– Amilton
• Bancos de Dados Geográficos
– Julio
• Bancos de Dados Distribuído
• Bases de Conhecimento
– Fabrisia (25
• Bancos de Dados Gerenciais

CAPITULO I - INTRODUÇÃO
APLICAÇÕES DADO-INTENSIVAS
1.1. Histórico

1.1. Histórico
1ª GERAÇÃO: PROCESSAMENTO DE DADOS
EM ARQUIVOS INDEPENDENTES
JUSTIFICATIVAS
1) Muitas aplicações não necessitam de bancos de dados
2) Muitos usuários não possuem software de bancos de dados.
3) Receio em passar de um sistema convencional para
um sistema de banco de dados

Projeto de sistemas de 1ª geração
Fluxograma
do sistema
Descrição
Programa 1
Código
programa 1
Descrição
programa n
Código
Programa n
Sistema final
Análise
global
projeto programação testes

dados
cadastrais
frequência
CALCULAR
HORAS
TRABALHAD
horas
trabalha-das
cargos
turnos
salarios
tabelas
vencimentos
EMITIR
FOLHA
folha de
pagamento
ATUALIZAR
TABELAS
CADASTRAR
TRABALHADO
PREPARAR
FOLHA
cadastro
SIMBOLOGIA
dados de
entrada
PROGRAMA
arquivo
acesso
arquivo
acesso
sequencial
dados de
saída
Exemplo de um sistema de 1ª Geração

1a. GERAÇÃO: PROCESSAMENTO DE DADOS
EM ARQUIVOS INDEPENDENTES
PROBLEMAS
1) Redundância de dados
2) Inconsistência dos dados
3) Acesso aos dados só através de um programa

EM ARQUIVOS INTEGRADOS
JUSTIFICATIVAS
1) Eliminação de redundâncias e inconsistências nos dados
2) Necessidade de uso ad-hoc
3) Acesso simultâneo aos dados e seu controle

Projeto de sistemas de 2ª geração
Descrição
do sistema
Esquema do
Banco de Dados
Programa 1
Programa n
Sistema final
Análise
global
Projeto
programação testes
Descrição
Programa 1
Descrição
Programa n

dados
cadstrais
frequência
Banco de Dados
salarios
cargos
turnos
CALCULAR
HORAS
DEVIDAS
EMITIR
FOLHA
CADASTRAR
TRABALHADOR
folha de
pagamento
ATUALIZAR
TABELAS

EM ARQUIVOS INTEGRADOS
PROBLEMAS
1) Conceitos mais voltados para a programação do que
para a modelagem do mundo real (Gap semântico)
2) Dificuldade de modelagem de aplicações complexas
3) Problemas de reusabilidade e extensibilidade

3ª GERAÇÃO: PROCESSAMENTO DA
INFORMAÇÃO
JUSTIFICATIVAS
1) Redução do gap semântico
2) Independência da informação
MODELOS SEMÂNTICOS DE DADOS
PRINCÍPIO TST: tudo e somente tudo

3ª. GERAÇÃO: PROCESSAMENTO DA
INFORMAÇÃO
• Entidades (Objetos complexos) -
• Abstrações
• Relacionamentos
• Operações conceituais
• Orientação a objetos - encapsulamento

Arquitetura ANSI/SPARC - Dimensões ortogonais:
Ponto-de-vista X Extensão-Intenção
Dimensão ponto-de-vista:
1. visões externas
2. Visão conceitual
3. Estrutura interna

Dimensão ponto-de-vista:
Esquema
conceitual
Esquema
Interno
Esquema
Externo 1
Esquema
externo n
Representações
dos usuários
significado
Representação
interna
Arquitetura ANSI/SPARC

Dimensão intenção /
extensão:

4 CAMADAS - Exemplos
M3
M2
M1
M0
INTERNO | CONCEITUAL |
EXTERNOS Ling.
MOF
Classe:UML
Class: LIVRO
(Autor:
setof(string)
Nome:string)
:LIVRO
Autor: D. Fensel
Título: Ontologies
VDM, Ling. natural
Relação, Atributo:
Relacional
LIVRO (Nr, AId, Título)
AUTORIA(Nr,Aid)
(05021, D. Fensel,
Ontologies)
Ling.
Natural,
Lógica
Relacio-namento:
DER
LIVRO
escrito-por
AUTOR
(05021)
escrito-por
(D. Fensel)
Visual
VQL
(05021):ret
escrito-por
(Fensel:rosto)

Existe apenas uma
visão, o funcionário
que faz as consultas
28
Esquema do
modelo de dados
Esquema do
dicionário de dados
Dicionário de dados
Dados da aplicação
INTERNO CONCEITUAL EXTERNO
ISO/IEC 9075-
14:2008
SQL, Java
MOF
UML + Objetos
móveis
O mesmo do
conceitual
CREATE TYPE
MobilePoint
AS OBJECT ...
Ambulance
(01, “SAMU-01”,
“Antonio” ,”completa”,
01300, 12589)
O mesmo do
conceitual
O mesmo do
conceitual

MDA - Arquitetura Determinada por Modelos
CIM – Computer-Independent Model
PIM – Platform-Independent Model
UML
UML
CORBA, Web PDM – Platform-Definition Model
PSM – Platform-Specific Models
Java, SGBD

Projeto de um sistema de 3ª geração
1. Projeto
conceitual
Esquema
conceitual
Esquema
Interno
Esquema
Externo 1
Esquema
externo n
PROJETO
TOP-DOWN
Projeto
das visões
Projeto
interno

Projeto
das visões
Esquema
conceitual
Esquema
Interno
Esquema
Externo 1
Esquema
externo n
PROJETO
BOTTOM UP
Integração
das visões
Projeto
interno

TRABALHADOR
----------------------
empregar
atualizar
associar
PRODUÇÃO
-----------------
registrar
empregar atualizar
Folha de
Pagamento
registrar
emitir

3ª GERAÇÃO: PROCESSAMENTO DA
INFORMAÇÃO
PROBLEMAS
1) Paradigma dos dados:
FORMATADOS, EXPLÍCITOS, PRECISOS, ATUAIS
2) Paradigma dos bancos de dados:
DADOS CENTRALIZADOS, INDEPENDÊNCIA,
UNIVERSAL
3) Paradigma dos sistemas de banco de dados:
SISTEMA ABERTO, PASSIVO, DETERMINÍSTICO

4ª GERAÇÃO: PROCESSAMENTO AMPLIADO
TIPOS DE AMPLIAÇÕES
1) quanto a natureza (formato) dos dados:
- BDs Multimidia, BDs Textuais, SIGs, BDs Móveis
2) quanto ao comportamento do sistema:
Banco de Dados Ativo, Sistemas em Tempo-real
3) quanto à abrangência: Banco de Dados Temporal,
Banco de Dados Espacial
4) quanto à concentração dos dados:
Banco de Dados Distribuído (Homogêneo e Heterogêneo)

5) quanto à presença dos dados e lógica do processamento:
Banco de Dados Dedutivo e Base de Conhecimento
6) quanto à precisão dos dados: BDs Incompletos, inconsistentes,
Dados Semi-Formatados
7) quanto aos usuários: Sistema de Informação Gerencial,
Sistema de Suporte à Decisão, Sistema em tempo-real, BD na Web
8) quanto à forma de acesso: interfaces visuais, WEB & BD
9) quanto à facilidade de desenvolvimento, manutenção:
prototipagem, orientação a objetos, Workflow Management

Problemas
• Manter a consistência com o “mundo real”

5ª GERAÇÃO: PROCESSAMENTO EVOLUTIVO
Um sistema evolutivo tem conhecimento de seus dados e
suas ações e, considerando estas informações no ambiente
em que está inserido, modifica seu comportamento futuro.

CAPITULO I - INTRODUÇÃO Resumo
Gerações:
1. Processamento de dados em
arquivos separados
1. Processamento de dados em
arquivos integrados
1. Processamento da informação
1. Processamento ampliado
1. Processamento evolutivo

1.2. Sistemas

CAPITULO I - INTRODUÇÃO 1.2. Sistemas
• Teoria Geral de Sistemas
• estudo de sistemas complexos na natureza, sociedade
e ciência.
Aplicações:
• sistemas vivos
• teoria organizacional
• sociologia e sociocibernética
• dinâmica de sistemas
• psicologia de sistemas
•engenharia de sistemas
•cibernética, teoria do chaos,
• sistemas adaptativos

CAPITULO I - INTRODUÇÃO 1.2. Sistemas
•Sistemas dinâmicos
• são sistemas da física-matemática que descrevem a
evolução dos estados em um
espaço X por fatores em um grupo T
• é dado por Q: T ´ X ® X, com Q(t2, Q(t1,x)) = Q (t1.t2,x)
• podem ser:
• contínuos ou fluxos (T=R),
• discretos ou cascadas(T=N),

"Um sistema é um conjunto de partes coordenadas
para realizar um conjunto de finalidades".
Churchman
1.2. Sistemas
ENTRADAS SAÍDAS
SISTEMA

1.2. Sistemas
MODELO MAIS COMPLETO
PERTURBAÇÃO
ENTRADAS PRINICIPAIS SAÍDAS PRINCIPAIS
SISTEMA
ENTRADAS SECUNDÁRIAS SAÍDAS SECUNDÁRIAS

1.2. Sistema controlado
perturbação perturbação
SISTEMA
PRINCIPAL
MEDIDA
ajuste CONTROLE
desvio
entrada saída

1.2. Sistemas
Definição formal:
S = < E, S, X, T, Q >
E = conjunto de todas as entradas possíveis,
S = conjunto de todas as saídas possíveis,
X = conjunto de todos estados,
T = conjunto do tempo,
Q é uma função de mudança de estado:
Q : E ´ X ´ T ® X ´ S

Classificação de Sistemas
Quanto a interação com o
ambiente
Fechados: não interagem com o ambiente
E = S = Æ
- Uma reação química
- O sistema solar
- o pêndulo de um relógio ?
- uma loja
- um relógio
Abertos: interagem com o
ambiente

Quanto ao tempo
Atemporais: não são influenciados pelo tempo
"t1, t2ÎT, "e ÎE " x ÎX temos
Q (t1, e, x) = Q (t2, e, x)
-Um programa
- um relógio
Temporais: dependem do tempo
- uma loja
- um relógio solar

Quanto à previsibilidade de seu
comportamento
Determinísticos: bem determinados
Q é uma função bem definida
-Um programa
- um relógio
Estocásticos: imprevisíveis, probabilísticos
-um sistema econômico
- um sistema vivo
- o lançamento de uma moeda

Quanto ao feedback
Estáticos: as saídas não influenciam o
comportamento futuro -Um programa
- um relógio
Dinâmicos: o sistema se auto-influencia
- um sistema evolutivo
- um míssil
- um sistema vivo
- uma sociedade

Homeostase (autoregulação): estabilidade
de sistemas com seus ambientes
Positivo: evolução - Crescimento populacional
Negativo: regulação
- escassez de recursos
- doenças
- guerras
- violência
O feedback pode ser:

Quanto a sua constituição
Concretos ou físicos: -Um ser humano
- um relógio
- uma empresa (?)
Abstratos ou conceituais: - Uma Rede de Petri
- um sistema de eq. diferenciais
Um sistema de informação??

CAPÍTULO I - INTRODUÇÃO
Sistemas Complexos
relógio
máquina ponteiros carcaça
DECOMPOSIÇÃO

Sistemas Complexos
REDUCIONISMO x
HOLISMO
DECOMPOSIÇÃO
Corpo humano
Tronco
Membros
Cabeça
Corpo humano
Sistema
nervoso
Sistema
Sistema circulatório
digestivo

Sistemas Complexos
relógio
De pulso
De parede
solar
CONCRETIZAÇÕES
relógio
digital analógico
relógio
mecânico elétrico
Mecânico de pulso analógico

Sistemas Complexos
CONCRETIZAÇÕES
Ser humano
Homem Mulher

Sistemas Complexos
Sistema ecológico
sociedade
organismo
célula
AGRUPAMENTO
organização
Objetos abstratos Objetos físicos
órgão
+
HOLÍSTICO
-
átomo molécula

Sistemas Complexos
CARACTE
RÍ
S
TI
CAS
• Baseados em agentes
• Não lineares (efeito borboleta)
• Emergência/Holismo
• Interação (local com efeito global)
• Abertos (dependem de entradas)
• Autorganização
• Nas empresas (Autogestão)
• Ensino (aprendizagem cooperativa)
• Autoregulação (tendência a equilíbrio interno)
• Feedback (histórico de estados passados)
• Atratores (conversão para certos estados)

Sistemas Complexos
EXEMPLOS
• Um organismo vivo
• O cérebro de uma pessoa
• A economia de uma região
• O mercado financeiro
• Redes sociais
• Sistemas adaptativos
• Um formigueiro
• O clima

CAPÍTULO I - INTRODUÇÃO Sistemas Computacionais
• TIPOS DE SISTEMAS
• Sistemas Reativos
• É um sistema que, em execução, cria os efeitos desejados,
habilitando, realizando ou evitando eventos em seu ambiente.
• Exemplos: Sistemas de Informação, Workflow Management, comércio
eletrônico, Planejamento de Recursos (ERP), Comunicação, Sistemas
operacionais, Redes sociais
• Sistemas Transformacionais
• Transforma uma entrada para uma saída
• Exemplos: Compiladores, Wrappers, Bibliotecas de funções
numéricas, Folha de pagamento, Reserva de passagens, SRI, SGBD

• Comparação:
Sistema Reativo Sistema Transformacional
Muito Interativo Pouco interativo
Processo não deterministico Processo deterministico
Orientado a interrupções Contínuo
Saida depende do estado Saída depende da entrada
Sensível ao ambiente Insensível
Processos paralelos Processo único
Requisitos de tempo-real
Semi-Fechado Aberto

• Arquitetura Sistemas de Informação
• Sistemas Baseados em Fatos
• Ênfase nas estruturas objetivas da informação
• Exemplos: Controle acadêmico; Controle de estoque; Sistemas de
Biblioteca
• Sistemas Baseados em Regras
• Ênfase na geração de resultados
• Exemplos: Sistemas de Suporte a Decisão; Sistemas de Informação
Legal; Sistemas Baseados em Conhecimento
• Sistemas Baseados em Casos
• Ênfase em Casos (processos complexos de acompanhamento)
• Exemplos: Gerência de projetos; Tratamentos de saúde; Produção
de fábrica; Processamento de empréstimos; Comércio eletrônico

Partes de um Sistema
• Fechamento operacional
• são os processos internos para realizar os
objetivos do sistema
• Acoplamento estrutural.
• são as interações com o ambiente necessárias

Sistemas Complexos
2º Princípio da Termodinâmica (Entropia):
“Fenômenos físicos (ou sistemas fechados) têm uma
tendência da ordem para a desordem”
ou “do movimento para parada (equilíbrio térmico)”
Pensamento ou princípio evolutivo:
“da desordem para a ordem”

Sistemas Vivos – Síntese de Capra
São sistemas complexos com:
• Substância: Estrutura, componentes
• Forma: configuração de relações
• Processo: mutações
Substância
Forma Processo

CAPÍTULO I - INTRODUÇÃO Sistemas Vivos
• Substância: Estrutura, componentes
Estrutura dissipativa (Prigogine):
é um sistema aberto, holístico, não-linear
Coexistência entre:
___________________
Ordem e desordem
Equilibrio e desequilibrio
Parada e movimento
Uma estrutura dissipativa é estável,
mas não é equilibrada

http://www.fae.ufmg.br/neppcom/NEPPCOM%20arquivos/arquivos%202%20seminario/Complexidade_e_transdisciplinaridade.pps

Sistemas Vivos
Autopoiese (Maturana, Varela) – Forma da vida
(do grego auto "próprio", poiesis "criação“)
Um sistema autopoiético é:
• Autolimitado
• Autoprodutivo
• Autoconservador

Sistemas Vivos
Modelo: Redes binárias com regras de chaveamento
Regra: um nó será ligado quando tiver pelo menos dois vizinhos ligados
caso contrário, será desligado
Autopoiese (Maturana, Varela)

Sistemas Vivos
O comportamento de redes grandes
possui atratores.
A tendência é se estabilizarem em torno
destes atratores.
Aplicação: Redes genéticas; redes neuronais

• Processo da vida = Cognição, Espírito
Os processo de sistemas vivos devem poder:
• Aprender
• Memorizar
• Decidir
• etc.
Um espírito se manifesta em todos
• organismos individuais
• sistemas sociais,
•sistemas ecológicos
Espírito e Matéria são duas dimensões da vida

• Processo da vida = Cognição, Espírito
Evolução por Simbiose:
A simbiose a longo prazo, em bactérias e outros
microorganismos em células maiores, leva a
novas formas de vida

Substância
Forma Processo
• Processo da vida: é a materialização de uma forma autopoiética
em uma estrutura dissipativa
• Autopoiese (forma): é organização de relações entre
processos produtivos
• Estrutura dissipativa (substância): são processos de
metabolismo e de evolução

CAPÍTULO I - INTRODUÇÃO EXEMPLO
Descever o sistema de uma aula:
1. mostre o diagrama de sistema (controlado)
2. descreva seu fechamento operacional e acoplamento estrutural.
3. tente descrever ações de auto-regulagem (feedback positivo e
negativo)
4. tente embutir ações evolutivas em teu sistema

CAPÍTULO I - INTRODUÇÃO EXERCÍCIO
Desenvolva o sistema de uma universidade como um
todo. Além da universidade, descreva seus subsistemas,
como
• A graduação, com subsistemas controle acadêmico e
ensino
• A administração de pessoal
• O controle de patrimônio
Para cada (sub-)sistema:
1. mostre o diagrama de sistema (controlado)
2. descreva seu fechamento operacional e acoplamento estrutural.
3. tente descrever ações de auto-regulagem (feedback positivo e
negativo)
4. tente embutir ações evolutivas em teu sistema

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